Scheda tecnica per Dawn e VIR/ Marzo 2015
Dawn a Cerere
Dati importanti su Dawn
Dawn
Razzo del lancio: Delta II Heavy 2925H-9.5
Dawn è una missione della NASA che ha come
obiettivo quello di visitare due corpi della fascia
degli asteroidi: Cerere e Vesta. Cerere è il corpo
più grande della fascia degli asteroidi con un
diametro medio di 950 Km ed è stato definito nel
2006 pianeta nano, cioè un oggetto che orbita
intorno al Sole e che ha una massa sufficiente per
avere una forma quasi sferica ma non
abbastanza grande per attrarre a sé altri corpi che
si muovono accanto a lui, ripulendo così la
propria orbita. Vesta, con i suoi 525 km è il
secondo asteroide della fascia principale.
Passaggio ravvicinato a Marte: 17 Febbraio 2009
Dawn è la prima missione spaziale ad aver
visitato sia Vesta che Cerere, due oggetti mai
studiati prima da vicino. Dawn è inoltre la prima
missione ad aver orbitato intorno a due diversi
corpi celesti e ad aver visitato da vicino un
pianeta nano (sarà seguita da New Horizons che
raggiungerà Plutone a Luglio 2015).
Distanza percorsa fino a Cerere: 4,9 miliardi di km
Arrivo a Vesta: 6 Luglio 2011
Distanza percorsa fino a Vesta: 2.8 miliardi di Km
Partenza da Vesta: 5 Settembre 2012
Arrivo a Cerere: 6 Marzo 2015
Distanza di Cerere dalla Terra all’arrivo di Dawn:
500 milioni di Km
Fine della missione primaria: Giugno 2016
Costo del Programma dichiarato dalla NASA: 472
milioni di $, inclusi 373 milioni di $ per la
costruzione e il lancio della sonda e 99 milioni di $
per i 10 anni di operazioni e di analisi dei dati.
La Sonda
Contributo italiano
Dimensioni: La sonda ha dimensioni di 1,64 x
1,27 x 1,77 metri. L’antenna ad alto guadagno ha
un diametro di 1,52 metri. I pannelli solari aperti
misurano complessivamente 19,7 metri.
La partecipazione italiana alla missione consiste
nella fornitura di uno dei tre strumenti scientifici, lo
spettrometro ad immagine VIR operante nel
visibile e nel vicino infrarosso per effettuare la
mappatura iperspettrale dei corpi osservati.
VIR è stato finanziato e coordinato dall’Agenzia
Spaziale Italiana e costruito da SELEX ES, con la
leadership scientifica dell’Istituto di Astrofisica e
Planetologia Spaziali, Roma, dell’Istituto
Nazionale di Astrofisica. VIR è gestito dall’Istituto
di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Roma, sotto
la guida della PI Maria Cristina De Sanctis.
Peso: Dawn pesava al momento del lancio
1.217,7 Kg, di cui 747kg costituivano il peso della
sonda, il resto era per il carburante per il lungo
viaggio della missione.
Energia: I due pannelli solari di 8,3 x 2,3 metri
ciascuno e del peso di circa 63 kg, forniscono alla
sonda fino a 10 kilowatt.
Numero di strumenti scientifici a bordo: 3
Tipo di propulsione: Motore a ioni
Missione
Lancio: 27 Settembre 2007
Sito di Lancio: Cape Canaveral, Florida
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Scheda tecnica per Dawn e VIR / Marzo 2015
A proposito di Dawn
a confronto i loro diversi percorsi evolutivi e creare
un preciso ritratto della storia del sistema solare
primordiale.
Perchè Dawn?
Dawn è una missione per studiare Vesta e Cerere,
i due oggetti più massicci nella fascia principale
degli asteroidi, situata tra Marte e Giove. Osservare
questi due mondi permette agli scienziati di
studiare il primo capitolo della storia della
formazione del nostro Sistema Solare. In orbita
intorno a ciascuno dei due corpi, Dawn acquisisce
fotografie a colori, mappe della composizione
elementare e mineralogica, misure del campo
gravitazionale e cerca l’esistenza di eventuali lune.
Per svolgere la sua missione scientifica, Dawn è
dotato di tre esperimenti: due camere nel visibile ad
alta risoluzione (una primaria e una di backup), VIR,
lo spettrometro ad immagini nel visibile e infrarosso,
e GRaND, uno spettrometro per raggi gamma e
neutroni. Inoltre, i dati della navigazione forniranno
informazioni sul campo di gravità, e quindi sulle
proprietà della struttura interna dei due corpi.
I dati raccolti da Dawn permetteranno agli scienziati
di comprendere le condizioni in cui questi oggetti si
sono formati, di determinare la natura dei blocchi
che hanno contributo alla formazione dei pianeti
terrestri (come la Terra) e caratterizzare la
formazione e l'evoluzione di Vesta e Cerere.
Chi ha costruito Dawn e gli strumenti ?
La missione Dawn è gestita dal Jet Propulsion
Laboratory per il Science Mission Directorate di
Washington della NASA. Dawn è un progetto del
Discovery Program, gestito dal Marshall Space
Flight Center in Huntsville, Alabama della NASA. La
UCLA è responsabile scientifico della missione. Lo
spacecraft è stato progettato e costruito da Orbital
ATK, Inc., di Dulles, Virginia. JPL è gestito per la
NASA dal California Institute of Technology in
Pasadena.
Gli studi di Dawn per comprendere le condizioni in
cui il nostro Sistema Solare si è formato, forniscono
il contesto per l'osservazione di sistemi planetari
intorno alle altre stelle.
Vesta e Cerere sono i due più grandi oggetti della
fascia principale rimasti intatti. Le loro
caratteristiche possono essere spiegate con i
processi avvenuti nei primi capitoli della storia della
formazione del nostro Sistema Solare, quando la
distribuzione dei materiali nella nebulosa solare (il
disco di idrogeno e polveri dal quale il Sole e i
pianeti si sono formati) variava con la distanza dal
Sole. All’aumentare della distanza, diminuiva la
temperatura: i corpi di tipo roccioso si formavano
più vicino al sole, mentre i corpi ghiacciati
nascevano più lontano.
Vesta e Cerere segnano un confine nella fascia
degli asteroidi tra corpi rocciosi e oggetti ghiacciati.
Vesta è un oggetto secco e differenziato, plasmato
dal vulcanismo, con una crosta che mostra segni di
cambiamenti successivi della superficie. Cerere,
invece, ha una superficie contenente minerali con
possibile presenza di ghiaccio e potrebbe
possedere un'atmosfera molto tenue.
Le camere sono fornite dal Max Planck Institute for
Solar System Research, Gottingen, Germany, con
contributi significativi dal German Aerospace Center
(DLR) Institute of Planetary Research, Berlino, e in
coordinamento con l’Institute of Computer and
Communication Network Engineering,
Braunschweig.
VIR, lo spettrometro ad immagini nel visibile e
infrarosso, è stato finanziato e coordinato
dall’Agenzia Spaziale Italiana e costruito da SELEX
ES, con la leadership scientifica dell’Istituto di
Astrofisica e Planetologia Spaziali, Roma,
dell’Istituto Nazionale di Astrofisica ed è gestito
dall’Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali,
Roma.
GRaND, lo spettrometro a raggi gamma e neutroni
è stato costruito da Los Alamos National
Laboratory, New Mexico, ed è gestito dal Planetary
Science Institute, Tucson, Arizona.
Studiando questi due corpi distinti con gli stessi
strumenti scientifici, Dawn potrà tracciare e mettere
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Scheda tecnica per Dawn e VIR / Marzo 2015
Obiettivi Scientifici
Il motore a Ioni
Per raggiungere i suoi obiettivi scientifici, Dawn
dovrà caratterizzare gli oggetti osservati in termini
proprietà fisiche (dimensioni, forma, massa, periodo
e asse di rotazione), caratteristiche morfologiche
(strutture locali, distribuzione dei crateri, presenza o
meno di regolite), natura geologica e mineralogica
della superficie, presenza o meno di polveri e/o
gas.
Dawn è dotato di un futuristico motore a
propulsione ionica che ha consentito alla sonda di
mettersi per la prima volta in orbita attorno a due
diversi corpi celesti. Dawn ha utilizzato la
propulsione a ioni durante tutto il tragitto, con
interruzioni di solo poche ore ogni settimana nella
spinta, per permettere l’orientamento dell’antenna.
Dawn è dotato di tre motori che funzionano uno
alla volta, studiati per fornire abbastanza energia
per completare la missione. I motori utilizzano un
campo elettrico per accelerare gli ioni di
carburante (gas xenon) ad una velocità da 7 a 10
volte maggiore rispetto a quella generata dai
motori tradizionali. Al massimo della spinta ogni
motore produce una forza di 91millinewton cioè
circa la forza necessaria sulla terra per tenere in
equilibrio un foglio di carta sulla mano. Questo
sistema di propulsione utilizza per ogni secondo di
funzionamento solo 3,25 milligrammi di Xenon.
Alla partenza sono stati imbarcati 425 kg di
carburante.
Il tragitto di Dawn
Il percorso di Dawn da Vesta a Cerere.
I Risultati più importanti a Vesta
I dati raccolti da Dawn all’asteroide Vesta,
visitato da Luglio 2011 per circa un anno, hanno
rivelato la presenza di macchie scure anomale e
striature sulla superficie, caratteristiche
osservate anche nelle inclusioni dei meteoriti
provenienti da Vesta. Questi materiali sono stati
probabilmente depositati dagli impatti di
asteroidi antichi.
Sulla base delle misure di massa, forma, volume
e rotazione, è stata confermata la presenza di
un nucleo interno e sono stati definiti precisi
vincoli sulla dimensione dell’asteroide.
I dati raccolti a Vesta continuano ad essere
analizzati e studiati e possono essere consultati
a: http://dawndata.igpp.ucla.edu e grazie al
Planetary Data System della NASA.
Il funzionamento del motore a ioni
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Scheda tecnica per Dawn e VIR / Marzo 2015
Dawn a Cerere
regione oggi conosciuta come fascia principale
degli asteroidi. Cerere, come gli altri corpi presenti
in questa regione, può essere considerato come
un detrito rimasto intatto da questo processo di
formazione planetaria.
La scoperta di Cerere
Cerere è stato il primo oggetto scoperto nella
fascia degli asteroidi dall’Astronomo siciliano Padre
Giuseppe Piazzi che lo osservò per la prima volta
nel 1801. Cerere è stato inizialmente classificato
come un pianeta e poi come un asteroide, in
analogia agli altri oggetti trovati nella stessa
regione, situata tra Marte e Giove e denominata
Fascia degli Asteroidi. In riconoscimento alle sue
caratteristiche, Cerere è stato designato pianeta
nano nel 2006 insieme a Plutone ed Eris.
Tuttavia, Cerere ha molte più cose in comune con
la Terra e Marte, rispetto ai suoi vicini rocciosi.
L’Hubble Space Telescope della NASA ha
osservato la rotazione del pianeta nano
dimostrando che, a differenza della maggior parte
degli asteroidi, Cerere ha una forma quasi sferica.
Come la Terra, il diametro di Cerere all’equatore è
maggiore rispetto ai poli, con una media di 950
chilometri. Inoltre, la massa di Cerere è circa il 25
per cento della massa totale degli asteroidi che
compongono la fascia.
Il nome Cerere
Il nome Cerere deriva dalla Dea romana
dell'agricoltura e dei raccolti. I crateri identificati sul
pianeta nano riceveranno i nomi di figure
mitologiche legate all'agricoltura e alla
vegetazione, provenienti da varie culture.
Ci sono segnali che Cerere contenga grandi
quantità di ghiaccio d'acqua sotto la sua superficie.
Nel 2014, il telescopio Herschel Space
Observatory ha fornito indizi della presenza di
vapore acqueo emesso da Cerere. Il vapore può
essere prodotto da criovulcanismo o da ghiaccio
vicino alla superficie che sublima (si trasforma da
ghiaccio in vapore).
Gli astronomi stimano che se Cerere fosse
composto dal 25% di acqua, potrebbe avere più
acqua di tutta l'acqua dolce sulla Terra. L’acqua di
Cerere, a differenza di quella trovata sulla Terra,
non può rimanere liquida sulla superficie ma
potrebbe trovarsi nel mantello sotto la superficie
sotto forma di acqua liquida, ghiaccio e roccia
idratata.
Una delle prime immagini di Cerere realizzate da Dawn.
Cosa sappiamo di Cerere
Le caratteristiche spettrali di Cerere e le immagini
raccolte dai telescopi terrestri suggeriscono che il
corpo abbia una composizione superficiale simile a
quella di meteoriti conosciuti come condriti
carbonacee. Nel gennaio 2014, emissioni di vapore
acqueo sono state rilevate da diverse regioni di
Cerere.
Le osservazioni di Hubble Space Telescope della
NASA mostrano che Cerere condivide altre
caratteristiche con i pianeti terrestri e rocciosi più
interni al nostro Sistema Solare. I modelli teorici
mostrano che gli oggetti quasi sferici come Cerere,
dovrebbero avere un interno differenziato, con
materiale più denso al centro e minerali più leggeri
vicino alla superficie. Tutti i pianeti terrestri inclusa la Terra - presentano interni differenziati.
Queste caratteristiche renderebbero Cerere e
Vesta diversi dalla maggior parte degli altri
asteroidi.
Gli scienziati descrivono Cerere come un "pianeta
embrionale". La perturbazione gravitazionale di
Giove nel disco protosolare ha impedito miliardi di
anni fa, la formazione di un pianeta di dimensioni
terrestri nella zona tra Giove stesso e Marte, in una
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Scheda tecnica per Dawn e VIR / Marzo 2015
La missione continuerà poi a 1.480 km da
Cerere in una fase chiamata HAMO (High
Altitutde Mapping Orbit) che avrà inizio ad
Agosto 2015 raccogliendo mappe e dati a
risoluzione crescente e immagini "stereo" per
ricostruire la superficie in 3D. Infine inizierà
l’orbita più ravvicinata, la LAMO (Low Altitutde
Mapping Orbit) a una distanza di appena 375
chilometri. Questa fase è specificamente
progettata per acquisire dati con lo strumento
GRaND e studiare la gravità del pianeta nano.
Dawn a Cerere
Dawn esplorerà il pianeta nano Cerere con gli
stessi strumenti utilizzati a Vesta. Il confronto dei
dati raccolti sui due corpi celesti migliorerà la
comprensione della loro origine ed evoluzione - e
quindi delle condizioni e dei processi che hanno
agito su di loro, dalla loro formazione 4,56 miliardi
anni fa.
Dawn studierà la struttura interna, la densità e
l'omogeneità di Cerere misurandone massa,
forma, volume e rotazione. Inoltre determinerà la
composizione del pianeta nano, esplorando la
possibile relazione con i meteoriti a nostra
disposizione, tracciando una storia termica del
pianeta nano. Dalle immagini sarà possibile
studiare la storia di Cerere, i bombardamenti a cui è
stato sottoposto, l’eventuale attività tettonica e
vulcanica.
Fine della missione
Il limite della missione è legato al combustibile.
Una volta che il combustibile sarà esaurito, la
sonda non sarà più in grado di far funzionare gli
strumenti, di accendere i motori a ioni, di puntare
l'antenna a Terra o i suoi pannelli solari verso il
sole. Da quel momento, Dawn rimarrà in orbita
attorno a Cerere, ma cesserà di funzionare.
Le orbite di Dawn intorno a Cerere
La possibilità che esista ghiaccio d'acqua su
Cerere ha indotto la NASA a imporre il limite che
la sonda non impatti il pianeta nano per almeno
20 anni dopo il completamento della missione
nominale, per evitare possibili inquinamenti. Per
maggiore sicurezza, il team di Dawn ha scelto
un'orbita che non porterà la sonda a impattare
Cerere per almeno 50 anni dopo la fine del suo
funzionamento.
La fase di avvicinamento a Cerere è iniziata a
Dicembre 2014 e si è conclusa ad Aprile 2015, con
le prime osservazioni scientifiche. Dawn è stata
catturata dalla gravità di Cerere il 6 Marzo 2015, in
un’orbita iniziale a 61.000 km dal pianeta nano.
Da Aprile 2015, inizia la fase primaria scientifica
della missione che durerà 14 mesi, fino a Giugno
2016. Come per Vesta, Dawn compirà una serie di
orbite quasi circolari e polari a diverse altitudini e
orientazioni che permetteranno agli strumenti di
studiare il pianeta nano.
Fase Inizio Avvicinamento Cattura Fine Altitudine (stimate) Durata 20/12/2014 23/04/2015 100 6/03/2015 61.000km RC3 23/04/2015 9/05/2015 13.500km 20 Survey 06/06/2015 30/06/2015 4.400km 22 HAMO 4/08/2015 15/10/2015 1.470Km 56 LAMO 15/12/2015 30/06/2016 375 Km 92 La prima fase scientifica, tra Aprile e Maggio, è
chiamata orbita RC3 (dove RC sta per Rotation
Characterization) e porterà Dawn a 13.500Km
dalla superficie. Poi Dawn si avvicinerà a 4.400Km
nell’orbita Survey. Durante questa fase, la sonda
acquisirà mappe globali con VIR e la camera a
risoluzioni più elevate rispetto alle fasi precedenti.
Le orbite di Dawn a Cerere.
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Scheda tecnica per Dawn e VIR / Marzo 2015
VIR, lo spettrometro italiano
Cos’è VIR?
Inoltre VIR può permettere di realizzare delle
mappe mineralogiche dei corpi che osserva: ogni
minerale riflette ed emette la luce nelle varie
lunghezze d’onda in modo caratteristico,
emettendo uno spettro unico, interpretabile come
la firma del materiale stesso. Confrontando le
osservazioni di VIR con misure di laboratorio della
luce emessa da diversi minerali, è possibile
determinare quali minerali siano presenti e dove,
sulle superfici di Vesta e Cerere.
La mineralogia delle superfici di Vesta e Cerere
sono studiate dallo spettrometro VIR.
Lo strumento è l’evoluzione di strumenti simili che
volano a bordo di altre missioni come Rosetta e
Venus Express dell’ESA. VIR si basa inoltre
sull’eredità dello spettrometro VIMS a bordo della
sonda Cassini NASA/ESA/ASI.
I primi dati di VIR a Cerere
Nell’immagine, una rappresentazione del primo
cubo di dati catturato da VIR a Cerere il 13
Gennaio 2015, da una distanza di 383.000 Km dal
corpo. Nel riquadro a sinistra, l’immagine nel
visibile, a destra l’immagine nell’infrarosso che
rappresenta una mappa di temperatura di Cerere,
dove le zone bianche risultano più calde delle
rosse.
VIR. Crediti: SELEX GALILEO-ASI-INAF
Ogni immagine dello strumento registra l'intensità
della luce in più di 800 lunghezze d'onda (o colori)
per ogni pixel. VIR ha più di 800 canali spettrali
che vanno dal visibile all’infrarosso (0.25-5.01 μm).
VIR può quindi acquisire simultaneamente una
immagine iperspettrale a varie lunghezze d’onda
anche chiamata cubo di dati. La risoluzione
spaziale di queste immagini acquisite dipende
dalla distanza del corpo.
La prima immagine di VIR a Cerere.
Crediti NASA/JPL-Caltech/UCLA/ASI/INAF
Rappresentazione artistica di un cubo di dati di VIR.
Crediti NASA/JPL-Caltech/UCLA/ASI/INAF
Ogni cubo di dati contiene innumerevoli
informazioni scientifiche fornendo oltre alle
immagini nel visibile, informazioni sulle
temperature dei corpi osservati, legate alla
lunghezza d’onda della luce emessa.
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Scheda tecnica per Dawn e VIR / Marzo 2015
Immagini e Video
Immagine di Cerere realizzata da Dawn il 12 Febbraio 2015 da 83000
Km dalla superficie.
Crediti: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
http://dawn.jpl.nasa.gov/multimedia/Two_Faces_of_Ceres.asp
La traiettoria di Dawn dal lancio all’arrivo a Cerere
Crediti NASA/JPL-Caltech
http://www.nasa.gov/jpl/dawn/ceres-20131203ic.html#.VR6NPuF9jm4
Immagine di Dawn a Cerere realizzata il 19 Febbraio 2015 da una
distanza di circa 46000 km.
Crediti: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
http://dawn.jpl.nasa.gov/multimedia/images/pia18925_lg.jpg
Immagini della costruzione e del lancio di Dawn
Crediti:NASA
http://mediaarchive.ksc.nasa.gov/search.cfm?cat=173
Artistic impression di Dawn che arriva a Cerere
Crediti: NASA/JPL-Caltech
http://www.nasa.gov/jpl/dawn/ceres-20131203i.html#.VR6MdOF9jm4
Lo spettrometro italiano VIR a bordo della missione Dawn
Crediti: SELEX GALILEO-ASI-INAF
http://www.iaps.inaf.it/solarsystem/wp-content/gallery/dawn/vir2.jpg
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Scheda tecnica per Dawn e VIR / Marzo 2015
Intervista a Maria Cristina De Sanctis, INAF-IAPS, PI di VIR
Crediti: INAF/IAPS
https://www.youtube.com/watch?v=WHV-MO-nF10&feature=youtu.be
La prima immagine realizzata da VIR a Cerere il 13 Gennaio 2015 da
383.000 Km di distanza: a sinistra l’immagine nel visibile, a destra
l’immagine nell’infrarosso dove le zone chiare sono più calde.
Crediti NASA/JPL-Caltech/UCLA/ASI/INAF
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA19169
Rappresentazione di un cubo di dati raccolto da VIR, dove sono visibili
due delle 800 immagini catturabili a varie lunghezze d’onda
simultaneamente. In bianco e nero, la prima immagine nel visibile di
Cerere, a destra l’immagine nell’infrarosso dove le zone chiare sono
più calde.
Crediti NASA/JPL-Caltech/UCLA/ASI/INAF
Animazioni di Dawn della NASA
Crediti: NASA
https://vimeo.com/118523333
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Scheda tecnica per Dawn e VIR / Marzo 2015
Articoli di Approfondimento su Media INAF
Cerere e il mistero della doppia macchia bianca
25 Febbraio 2015
http://www.media.inaf.it/2015/02/25/cerere-e-ilmistero-della-doppia-macchia-bianca/
Cerere criovlucanismo o sublimazione?
23 Gennaio 2014
http://www.media.inaf.it/2014/01/23/cererecriovulcanismo-o-sublimazione/
Un pianeta nano nel mirino di Dawn
19 Gennaio 2015
http://www.media.inaf.it/2015/01/19/un-pianetanano-nel-mirino-di-dawn/
I greatest hits di Dawn
10 Settembre 2012
http://www.media.inaf.it/2012/09/10/i-greatest-hitsdi-dawn/
Siti ufficiali:
http://www.nasa.gov/dawn
http://dawn.jpl.nasa.gov
http://www.media.inaf.it/tag/dawn
http://www.iaps.inaf.it/solarsystem
http://www.asi.it/it/attivita/sistema_solare/dawn
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Scheda tecnica per Dawn e VIR / Marzo 2015
